交通信號多控制目標複合優化方法
2023-06-24 09:35:46 1
專利名稱：交通信號多控制目標複合優化方法
技術領域：
本發明涉及應用在道路路口的交通信號多控制目標複合優化方法，用於道路路口 交通信號優化控制。
背景技術：
交通信號優化控制是根據車輛檢測器提供的實時交通信息，基於某種優化算法自 動計算得到最優的紅綠燈配時方案(包括周期長度、紅燈時長、綠燈時長)，實現對道路路 口交通運行的優化控制。目前，交通信號優化控制是在選定某單一控制目標的基礎上，運行 基於對應的某種優化算法計得出的最優的紅綠燈配時方案。常用的道路路口交通信號控制目標包括平次停車次數、平均延誤和排隊長度三 種，優化的目的是使其中之一達到最小值。通常是根據預設時間表或某一時段的路口實時 交通狀態選擇控制目標之一。可基於交通飽和度確定路口實時交通狀態輕交通、中交通或 重交通三種狀態。路口交通飽和度(X)是指在單位時間內通過受控路口停車線的實時交通 流量(q)與允許通過的最大交通流量(Q)的比率，即x = q/Q。當交通飽和度低於設定值Xi 時為輕交通狀態，高於設定值X2時為重交通狀態，高於設定值&、低於設定值X2時為中交通 狀態，其中0彡Xi < X2 < 1。根據預設時間表自動選擇優化控制目標時，一般在白天尖峰時段選擇排隊長度最 短優化控制目標；在夜間時段則選擇平均停車次數最小優化控制目標，在其它時段則選擇 平均延誤最小優化控制目標。根據實時交通狀態自動選擇優化控制目標時，一般當受控路 口處於輕交通狀態時選擇平均停車次數最小優化控制目標；當處於中交通狀態時選擇平均 延誤最小優化控制目標；當處於重交通狀態時選擇排隊長度最短優化控制目標。對於上述 兩種選擇方式，前者是一個時間段對應一個優化控制目標，後者是一種交通狀態對應一個 優化控制目標，一旦選擇了某一種優化控制目標，只要所處時間段或交通狀態未發生改變， 優化控制目標也不會改變，優化控制目標不能根據實時交通情況進行優化組合，存在對實 時交通變化的適應性差，控制效率不高等問題。在實際信號控制中，當受控路口雖處於輕交 通狀態、但已接近中交通狀態時，若仍以停車次數最小為唯一優化控制目標，會引起平均延 誤時間明顯增加，車輛排隊也會越積越長甚至引起路口交通擁堵；當受控路口雖處於中交 通狀態、但已接近重交通狀態時，若仍以平均延誤最小為唯一優化控制目標，會引起車輛排 隊長度明顯增加甚至造成路口堵死。反之亦然。
發明內容
本發明的目的在於尋求一種適用於對道路路口進行多控制目標複合優化的方法， 解決當前交通信號單優化控制目標方法存在的對交通實時變化適應性差、控制效率不高問題。本發明提供的交通信號多控制目標複合優化方法為把受控路口交通信號控制目標定義成由平均停車次數、平均延誤和排隊長度三個
(1)
單一控制目標組成的複合控制目標，根據交通狀態、交通飽和度分別對三個單一控制目標 進行加權，通過優化計算實現其綜合值最小；所述交通狀態分成輕交通、中交通和重交通三種狀態；所述交通飽和度是指在路 口信號控制條件下，單位時間內車輛通過路口停車線的車輛實時流量與允許通過的車輛最 大流量的比值；1、複合控制目標公式Pl=A1XPVA2XPIfA3XPI3公式(1)中PI指複合控制目標；PI1指平均停車次數控制目標；PI2指平均延誤控制目標；PI3指排隊長度控制目標；AJg PI1的權重因子A2指PI2的權重因子AJgPI3的權重因子2、控制目標權重因子公式Ai+A^Ag = 1(2)公式(2)中0 彡 A1 或 A2 或 A3 彡 1當受控路口處於輕交通狀態即當0 < X < X1時
4=1-手-丟⑷-式)
Λ. 2 Vx2
A1 =——, A3-^(X2-X1)， 當受控路口處於中交通狀態即當X1 <父<&時
4=i-f-f (X2-X)
Λ. 2 VV2
_ X1 X-X1
—----9
A
-2
Λ= —
γ-y V ^/ \ry
2 2 2 2 當處於重交通狀態即當X彡X2時A1 = 0、A2 = 0、A3 = 1. 00。在公式(2)中，將受控路口控制目標的權重因子取值與實時交通飽和度、交通狀 態相結合，進行自動、即時調整。當受控路口處於輕交通狀態中，當路口交通飽和度逐漸增加時，複合控制目標中 平均停車次數單一控制目標所佔權重逐漸減少，而平均延誤、排隊長度兩個單一控制目標
4所佔權重逐漸增加；當路口交通飽和度逐漸減少時，複合控制目標中平均停車次數單一控 制目標所佔權重逐漸增加，而平均延誤、排隊長度控制目標所佔權重逐漸減少。當受控路口處於中交通狀態中，當路口交通飽和度逐漸增加時，複合控制目標中 平均停車次數、平均延誤控制目標兩個單一控制目標所佔權重逐漸減少，而排隊長度單一 控制目標所佔權重逐漸增加；當路口交通飽和度逐漸減少時，複合控制目標中平均延誤控 制目標、停車次數兩個單一控制目標所佔權重逐漸增加，而排隊長度單一控制目標所佔權 重逐漸減少。當受控路口處於重交通狀態中，無論路口交通飽和度增加或減少，交通複合控制 目標中排隊長度單一控制目標都佔全部權重，而平均延誤、停車次數兩個單一控制目標佔 零權重，此時複合控制目標等同於排隊長度單一控制目標。本發明具有以下優點1、控制目標優化組合、適用性強，能夠提高交通控制效率；2、優化控制目標能自動響應實時交通的快速變化。
具體實施例方式本發明交通信號多控制目標複合優化方法的基本思想如下一是把受控路口交通 信號控制目標定義成由平均停車次數、平均延誤和排隊長度三個單一控制目標構成的複合 控制目標，PI = Ai X PI1+A2 X PI2+A3 X PI3，通過優化使PI值最小，PI值取整數，小數四舍五 入。將複合控制目標權重因子~、A2、A3的取值與受控路口某時間段(1-10分鐘)的實時交通 飽和度X (該時間段內的交通飽和度均值)、交通狀態相結合，進行自動、即時調整。~+A2+A3 =1,0 ^A1,A2,A3^ l，Ai，A2，、取二位小數，第三位小數四捨五入。二是當受控路口某時間段(1-10分鐘)處於輕交通狀態即當0彡X彡&時，4 二 1 -去-去(— ^ )，為=去，為=丟(X2 - & )
A2 A2 A2 A2三是當受控路口某時間段(1-10分鐘)處於中交通狀態即當& < X < X2時，4=|L_￡^L，
A2 A2 A2 A2
j v v^ ^/ v" v
-A 2-A 2 -A. 2四是當受控路口某時間段(1-10分鐘)處於重交通狀態即當X彡X2時，A! = 0、A2 = 0、A3 = 1. 00。上述排隊長度控制目標也可以換為使用單位時間內通過路口停車線的車輛實時 流量為控制目標。下面根據附表來描述一個具體的操作過程。使用一個受控路口單控制目標以及多控制目標複合優化案例來闡述本發明。假定 受控路口的交通飽和度閾值= 0. 70，x2 = 0. 90。假定在三個時間段，受控路口的實時交通飽和度、對應的單控制目標的最優結果 (最小值)以及此最優結果時其它二個控制目標的優化結果，如表1所示。在同樣的時段、相同的實時交通飽和度條件下，多控制目標複合優化的最優結果(最小值)以及此最優結果時的三個單控制目標優化結果如表2所示。表1交通飽和度與單控制目標優化結果對應表
權利要求
交通信號多控制目標複合優化方法，其特徵是把受控路口交通信號控制目標定義成由平均停車次數、平均延誤和排隊長度三個單一控制目標組成的複合控制目標，根據交通狀態、交通飽和度分別對三個單一控制目標進行加權，通過優化計算實現複合控制目標的最小化；所述交通狀態分成輕交通、中交通和重交通三種狀態；所述交通飽和度是指在路口信號控制條件下，單位時間內車輛通過路口停車線的車輛實時流量與允許通過的車輛最大流量的比值；複合控制目標PI＝A1×PI1+A2×PI2+A3×PI3 I公式I中PI1指平均停車次數控制目標；PI2指平均延誤控制目標；PI3指排隊長度控制目標；A1指PI1的權重因子；A2指PI2的權重因子；A3指PI3的權重因子；A1+A2+A3＝1 II公式II中0≤A1、A2、A3≤1；設受控路口實時交通飽和度X，0≤X≤X1表示受控路口處於輕交通狀態，X1＜X＜X2表示受控路口處於中交通狀態，X≥X2表示受控路口處於重交通狀態；X1，X2為交通飽和度閾值，0≤X1＜X2＜1；當0≤X≤X1時 A 1=1- X X2 - X X2 ( X2 - X1 ), A 2= X X2 , A 3= X X2 ( X2 - X1 ), 當X1＜X＜X2時 A 1=1- X X2 - X1 X2 ( X2 - X ), A 2= X1 X2 - X- X 1 X2 , A 3= X X2 + X1 X2 ( X2 - X )- X1 X2 + X- X 1 X2 , 當X≥X2時A1＝0、A2＝0、A3＝1.00。
2.如權利1所述交通信號多控制目標複合優化方法，其特徵是所述受控路口實時交通 飽和度為受控路口設定時間段內的平均交通飽和度。
3.如權利2所述交通信號多控制目標複合優化方法，其特徵是所述設定時間段採用 1-10分鐘內的時間段。
4.如權利2所述交通信號多控制目標複合優化方法，其特徵是受控路口測得的交通飽 和度為0 <交通飽和度取值< 1，精確到兩位小數。
全文摘要
本發明涉及道路路口交通信號控制，具體地說是一種應用在道路路口的交通信號多控制目標複合優化方法。該方法包括1、把受控路口交通信號控制目標定義成由平均停車次數、平均延誤和排隊長度三個單一控制目標構成的複合控制目標，通過優化使控制目標值最小。2、當受控路口處於輕交通狀態或中交通狀態時，複合控制目標同時考慮平均停車次數、平均延誤和排隊長度三個單一控制目標，通過優化使複合目標值最小。3、當受控路口處於重交通狀態時，排隊長度單一控制目標佔全部權重，複合控制目標等同於排隊長度單一控制目標。本發明採用控制目標優化組合、適用性強，能夠提高交通控制效率；優化控制目標能自動響應實時交通的快速變化。
文檔編號G08G1/07GK101980318SQ201010531368
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者袁建華, 趙永進, 鄭煜 申請人:公安部交通管理科學研究所